Tischzentrifugen für klinische und wissenschaftliche Anwendungen zeichnen sich vor allem durch ihre besonders kompakte Bauform aus. Bei größtmöglicher Leistung müssen die fortschrittlichen Systeme aber auch möglichst leise arbeiten und wenig Energie verbrauchen. Die eingesetzte Antriebstechnik muss diesen Anforderungen entsprechen – eine Herausforderung, der sich das Unternehmen Groschopp gerne stellt. Die Viersener Experten konzipieren und realisieren schon seit vielen Jahren erfolgreich kundenspezifische Motoren für Zentrifugen.
Die grundsätzliche Funktionsweise einer Zentrifuge ist schnell erklärt: Durch schnelles Schleudern trennt sie die Bestandteile von Suspensionen und Emulsionen. Benötigt werden solche Geräte sowohl in medizinischen Laboren als auch in der Forschung – zum Beispiel für die Untersuchung von Blutproben und Zellkulturen oder in der Mikro- und Molekularbiologie. Auf dem Markt erhältlich sind größere Standzentrifugen oder Tischmodelle mit einer kleinen Stellfläche. „Wir beliefern schon seit vielen Jahren namhafte Hersteller von Tischzentrifugen mit passenden Antriebslösungen“, erläutert Wolf Meyer, Produktmanager bei der Groschopp Vertriebsgesellschaft. „Über die Zeit haben wir in diesem Bereich einen großen Erfahrungsschatz angesammelt.“
Bei besagten Herstellern kommen insbesondere Induktionsmotoren des Unternehmens zum Einsatz – ein für Zentrifugen besonders beliebter Motorentyp mit wesentlichen Vorteilen: Weil die einzigen Verschleißteile die Lager der Welle sind, ist diese Antriebslösung nahezu wartungsfrei. Zudem lassen sich Induktionsmotoren einfach durch Frequenzumrichter regeln. Eine Alternative sind Synchron-Reluktanzmotoren: Sie sind ebenfalls wartungsfrei, erzielen hohe Beschleunigungen und haben einen hohen Wirkungsgrad. Der Antrieb wird kompakter, was in der Praxis viele Vorteile hat. Allerdings sind bei diesen Antriebsmodellen spezielle Umrichter für die Regelung nötig. Kommutatormotoren hingegen lassen sich einfach und kostengünstig regeln. Aufgrund des Bürstenverschleißes ist eine regelmäßige Wartung aber unabdingbar, deshalb werden sie heute immer seltener eingesetzt.
Zahlreiche Anforderungen an die Antriebstechnik
Egal, für welchen Motortyp sich der Anwender jeweils entscheidet – die Antriebslösung muss immer den speziellen Anforderungen von Zentrifugen entsprechen. Besonders wichtig ist, dass sie die benötigten Drehzahlen ermöglicht. In regulären Tischzentrifugen können diese bis ca. 26.000 min‑1 gehen. Trotz dieser vergleichsweise hohen Drehzahl dürfen die Geräte jedoch keinesfalls zu heiß werden, um nicht die empfindlichen Proben zu beschädigen. „Zentrifugen sind zwar zumeist luftgekühlt, verfügen aber aus eben genanntem Grund auch oft über eine aktive Kompressorkühlung“, erklärt Wolf Meyer. Durch eine individuelle Auslegung der Wicklung, die insbesondere die magnetischen Eigenschaften, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Motors sowie Umgebungstemperaturen berücksichtigt, lässt sich nicht nur die Motorerwärmung verringern, sondern auch der Energieverbrauch so niedrig wie möglich halten.
Weil Tischzentrifugen in Bezug auf eine möglichst geringe Stellfläche konzipiert sind, müssen die eingesetzten Motoren zudem möglichst kompakte Abmessungen aufweisen. Dabei ist vor allem die Gerätehöhe ein kritischer Faktor – schließlich stehen die Zentrifugen oft erhöht auf einem Labortisch, damit sie sich bequem be- und entladen lassen. Für die Bauform der Motoren bei senkrechtem Einbau bedeutet das: Lieber kurz und mit einem großen Durchmesser als lang und dünn.
Ein leiser und vibrationsarmer Betrieb
Ein Labor ist keine Produktionshalle – dementsprechend sollten die Motoren möglichst leise und vibrationsarm laufen. Erreichen lässt sich das unter anderem durch eine hohe Masse des Motorgehäuses, wodurch nur geringe Eigenschwingungen auftreten. Hierbei spielt auch die Materialverteilung – zum Beispiel die Ausbildung der Flansche – eine große Rolle. Hilfreich ist auch eine geringe Wellendurchbiegung, die durch einen möglichst kleinen Lagerabstand erreicht wird. Einen erhöhten Rundlauf gewährleisten die Experten des Unternehmens durch eine definierte Wuchtgüte. Eine minimierte Restunwucht sorgt dafür, dass der Motor nicht seinerseits das System noch anregt. „Bei allen Maßnahmen ist es wichtig, diese durch Messungen in der Zentrifuge zu verifizieren“, so Wolf Meyer. „Nur so lässt sich der Motor in Abhängigkeit von der jeweiligen Zentrifuge optimieren.“ Bei der Messung der Vibrationen ist zum Beispiel nicht nur die Höhe des Ausschlags aussagekräftig, sondern auch bei welcher Frequenz er auftritt. Die Zentrifuge muss im Drehzahl-Betriebsbereich ruhig laufen. Zudem sollten die kritischen Resonanzen möglichst weit davon entfernt sein und zügig durchfahren werden.
Und auch bezüglich der Lautstärke gibt es einiges zu berücksichtigen: So achtet Groschopp nicht nur auf den absoluten Wert, sondern zusätzlich auf die Amplitude um den Mittelwert. Um hier beste Ergebnisse zu erzielen, sind gegebenenfalls aufwändige Tests nötig.
„Auch die Auswahl der Wälzlager wirkt sich auf Lautstärke und Vibrationen aus“, betont Wolf Meyer. „Die Qualität der Lager und deren Schmierung ist besonders relevant. Durch auftretende Axial- und Radiallasten ist neben den richtigen Wälzlagern aber auch die entsprechende Vorspannungs-einstellung sehr wichtig.“ Nicht zuletzt spielt die Gestaltung der Lagersitze (Fest-/Loslager) sowie des Schiebesitzes eine entscheidende Rolle. Wenn dann immer noch Eigenschwingungen auftreten, sind gegebenenfalls zusätzlich noch Sonderlösungen beim Design der Motorwelle erforderlich – kein ganz einfaches Unterfangen: „Die Entwicklung solcher Lösungen ist schwierig, oft sind mehrere iterative Schritte notwendig“, weiß Wolf Meyer. „Manche Sonderausführungen der Welle erfordern ebenfalls in der Fertigung große Erfahrung.“
Auf Nummer sicher: Richtlinienkonforme Lösungen
Apropos Welle: Je nach Zentrifugen-Einsatz muss das eingesetzte Material dieser zentralen Komponente angepasst werden. So realisiert das Unternehmen zum Beispiel auch Wellen aus nicht rostendem Edelstahl. Bezüglich der Schutzart ergeben sich bei Tischzentrifugen normalerweise keine erhöhten Anforderungen – schließlich handelt es sich bei Laboren generell um saubere Betriebsumgebungen. Meist handelt es sich um einen Verschmutzungsgrad 2, der bei der elektrischen Auslegung und Konzeption der Motoren berücksichtigt werden muss.
Alle Antriebe für Laborgeräte des Unternehmens müssen so konzipiert sein, dass sie der maßgebenden Norm in diesem Bereich, der DIN EN 61010 Teil 1, entsprechen. „Die Konformität gemäß RoHS, REACH und EICC sowie optional UL/CSA-Zulassungen sind heutzutage selbstverständlich“, erläutert Wolf Meyer. „Kunden, die in China produzieren, können im Übrigen auch auf die Unterstützung unserer Kollegen aus unserem Fertigungsstandort in China zurückgreifen.“ Als zusätzlichen Service für seine Kunden ist das Unterenhmen als Lieferant auf BOMcheck.net gelistet – das vereinfach die Produktpflege für Kunde und Lieferant.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Anforderungen von Tischzentrifugen sind vielfältig und lassen sich in den seltensten Fällen mit Motoren „von der Stange“ abdecken. Als etablierter Anbieter von Sonderantrieben verfügt das Unternehmen Groschopp über das nötige Know-how, um die passenden Lösungen zu konzipieren und umzusetzen – die jahrelange erfolgreiche Arbeit für renommierte Zentrifugen-Hersteller ist dafür der beste Beweis. Die maßgeschneiderten Antriebe basieren im Normalfall auf den bewährten Standardprodukten des Unternehmens und werden gemäß den individuellen Spezifikationen angepasst. Die Entwicklungsabteilung ist direkt im Mutterhaus des Unternehmens in Viersen angesiedelt und verfügt über modernste Tools, einen speziell eingerichteten Musterbau und ein eigenes Labor. Beste Voraussetzungen also für Zentrifugen, bei denen im wahrsten Sinne des Wortes alles rund läuft.
